JP2010142848A - Brazing method and brazing apparatus - Google Patents

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JP2010142848A JP2008324075A JP2008324075A JP2010142848A JP 2010142848 A JP2010142848 A JP 2010142848A JP 2008324075 A JP2008324075 A JP 2008324075A JP 2008324075 A JP2008324075 A JP 2008324075A JP 2010142848 A JP2010142848 A JP 2010142848A
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Akio Ebisu
章夫 戎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brazing method in which the brazing strength between a fitting object such as a circuit board with an object to be fitted such as an electronic component to be mounted thereon is high even when a lead-free solder is used, its dispersion is less, the secular change of the brazing strength is less, and the reliability is high for a long time, and a brazing apparatus employing the brazing method. <P>SOLUTION: In the brazing method for executing the brazing by heating and melting a lead-free brazing filler metal, a cooling step of the heated and molten brazing filler metal is controlled in time-temperature while applying the ultrasonic wave thereto. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、鉛フリー半田を電気ごて等を用いて行うろう付け方法及びこのろう付け方法を採用したろう付け装置に関するものである。   The present invention relates to a brazing method for performing lead-free soldering using an electric iron or the like, and a brazing apparatus employing this brazing method, for example.

昨今においては、環境問題等の観点から半田を含むろう材による接合を行う場合には、例えば、配線基板への電気部品や電子部品の接合に際しては、鉛フリーの半田、具体的には、例えば、Sn−Ag系やSn−Cu系組成を主成分とするものが用いられている。
ところでろう材を用いた接合においては、ろう材の濡れ性やその組成、あるいは配線基板や搭載する部品の耐熱性等物理的、化学的な種々の事象が複雑に絡んで、接合作業をやり難くしたり、高い接合強度が得られなかったり、接合部の信頼性が経時的に低下したり、といった問題を引き起こす。
また接合面を活性化して接合強度を上げるために用いるフラックスが、逆に腐食問題を引き起こしたり、作業環境を悪化させる等の問題を生じさせることもある。
特にこれらの問題は、従来のPb―Sn半田と異なり、鉛フリー半田ではその歴史も浅いことから、未だその原因が十分に解明されておらず、今後の大きな解決課題となっている。
In recent years, when joining with a brazing material containing solder from the viewpoint of environmental problems, for example, when joining electrical and electronic components to a wiring board, lead-free solder, specifically, for example, , Sn-Ag and Sn-Cu compositions are used as the main component.
By the way, in joining using a brazing material, it is difficult to perform the joining work because various physical and chemical events such as the wettability and composition of the brazing material and the heat resistance of the wiring board and mounted components are involved. Or a high bonding strength cannot be obtained, or the reliability of the bonded portion decreases with time.
In addition, the flux used to activate the joint surface and increase the joint strength may cause problems such as corrosion and deterioration of the working environment.
In particular, these problems are different from conventional Pb—Sn solder, and lead-free solder has a short history. Therefore, the cause has not been fully elucidated, and it will be a major problem to be solved in the future.

本来、この種のろう付けは、ろう材を溶融、液相化して配線基板等の接続部(以下単にパッドという)表面に接液させ、表層にろう材並びにパッドの組成成分による金属間化合物を生成させ、さらに前記ろう材及び金属間化合物の結晶粒の微細化、均一分散化を行うことで、良好な接合強度や長期信頼性が得られる、といわれている。
この点、従来用いられていたPb―Sn半田については、Pbにより比較的問題なくろう材及び前記金属間化合物の結晶粒の微細化、均一分散化が行われ、良好な接合強度及び長期信頼性が得られていた。
Originally, this type of brazing involves melting and liquidizing the brazing material and bringing it into contact with the surface of a connection part (hereinafter simply referred to as a pad) such as a wiring board, and intermetallic compounds due to the brazing material and the composition components of the pad on the surface layer. It is said that good bonding strength and long-term reliability can be obtained by forming and further refining and uniformly dispersing the crystal grains of the brazing filler metal and the intermetallic compound.
In this regard, the Pb—Sn solder that has been used in the past is refined and uniformly dispersed in the brazing filler metal and the intermetallic compound crystal grains with relatively no problem due to Pb, and has good joint strength and long-term reliability. Was obtained.

ところがろう材が鉛フリーのものに変わった際、従来のPb―Sn半田とほぼ同様の考え方でろう付けを行おうとしたところ、鉛フリーのろう材は溶け難く接合し難いため、接合強度が不足して十分な接合強度が得られないとか、接合しても経時的にその接合強度が低下してくる、といった問題が出てきた。
具体的に、代表的な鉛フリー半田である、例えば、Sn−Ag系の半田において説明する。このSn−Ag系の半田は、その溶融温度が従来のPb―Sn半田よりも40℃〜50℃前後高く、その結果、配線基板やこれに搭載する電子部品の熱的余裕がなくなっている。そこで溶融温度を下げ、従来のPb―Sn半田と同程度の溶融温度に近づけようと、例えば、Bi(ビスマス)やIn(インジウム)といった、いわゆる融点降下作用を有する金属(以下融点降下作用金属という)を添加する場合がある。
However, when the brazing material was changed to lead-free solder, brazing was attempted in the same way as the conventional Pb-Sn solder, but the lead-free brazing material was difficult to melt and difficult to join, so the joint strength was insufficient. As a result, there have been problems that sufficient bonding strength cannot be obtained, or that bonding strength decreases with time even after bonding.
Specifically, a typical lead-free solder, for example, Sn-Ag solder will be described. This Sn—Ag solder has a melting temperature higher by about 40 ° C. to 50 ° C. than the conventional Pb—Sn solder, and as a result, there is no thermal margin for the wiring board and the electronic components mounted thereon. Therefore, in order to lower the melting temperature and bring it close to the melting temperature similar to that of the conventional Pb—Sn solder, for example, a metal having a so-called melting point lowering action (hereinafter referred to as a melting point lowering action metal) such as Bi (bismuth) or In (indium). ) May be added.

しかしながら、Sn−Ag系の半田に融点降下作用金属であるBiやInを添加すると、従来のPb―Sn系の共晶半田に比較して、溶融状態から凝固するまでの温度範囲が広くなり、凝固進行中に部分的に融点降下作用金属であるBiやInが凝固した部分と未だ溶融状態にある部分とが混在する状態が発生し、いわゆる結晶粒の偏析が起こり易くなってしまう。
このように、溶融温度を下げるべく融点降下作用金属BiやInを添加した結果、偏析が起こり易くなって、この偏析により結晶粒の肥大化、不均一分散化が生じて接合強度が安定せず、長期信頼性も得られない、という問題が起こっている。
However, when Bi or In, which is a melting point lowering metal, is added to Sn-Ag solder, the temperature range from the melted state to solidification is widened compared to conventional Pb-Sn eutectic solder, During solidification, a state in which a part where Bi or In, which is a melting point lowering metal, is partially solidified and a part still in a molten state occurs, so-called segregation of crystal grains is likely to occur.
As described above, as a result of adding the melting point lowering metal Bi or In to lower the melting temperature, segregation is likely to occur. This segregation causes enlargement of crystal grains and non-uniform dispersion, and the bonding strength is not stabilized. There is a problem that long-term reliability cannot be obtained.

そこで特許文献1に開示されているように、例えば、配線基板のパッドに電子部品を鉛フリー半田でろう付けしようとする場合、加熱して溶融させた、例えば、融点降下作用金属であるBiを添加したSn−Ag系の半田が冷却される工程で、これに超音波の如き微小振動を付加して、配線基板と電子部品の接合界面において、Biの結晶粒の偏析を防止して、このBi結晶粒の微細化、均一分散化を図り、配線基板と電子部品の接合強度を向上させよう、との提案がなされている。   Therefore, as disclosed in Patent Document 1, for example, when an electronic component is to be brazed to a pad of a wiring board with lead-free solder, for example, Bi that is a melting point lowering metal is heated and melted. In the process of cooling the added Sn-Ag solder, a minute vibration such as an ultrasonic wave is added to the solder to prevent segregation of Bi crystal grains at the bonding interface between the wiring board and the electronic component. Proposals have been made to improve the bonding strength between the wiring board and the electronic component by miniaturizing and uniformly dispersing Bi crystal grains.

特開2000−351063号公報JP 2000-351063 A

特許文献1に開示されている発明において、出願人は要約すると以下のように主張している。
すなわち、溶融状態にある、例えば、融点降下作用金属Biを添加したSn−Ag系の鉛フリー半田の冷却工程において、これに超音波を加えることにより、半田の表面張力を低下させ、流れを良くし、すなわち濡れ性を向上させことができる。
その結果、配線基板と電子部品の接合界面におけるBiの結晶粒の偏析を防ぐことができ、Bi結晶粒の微細化、均一分散化を実現できるため、配線基板と電子部品の接合強度を向上させることができる、と主張している。
In the invention disclosed in Patent Document 1, the applicant argues as follows.
That is, for example, in the cooling process of a Sn-Ag lead-free solder in which a melting point lowering metal Bi is added, by applying ultrasonic waves to this, the surface tension of the solder is lowered and the flow is improved. That is, wettability can be improved.
As a result, it is possible to prevent segregation of Bi crystal grains at the bonding interface between the wiring board and the electronic component, and to realize finer and uniform dispersion of Bi crystal grains, thereby improving the bonding strength between the wiring board and the electronic component. Insist that you can.

確かに特許文献1のようにBiを添加したSn−Ag系の半田を用いて、この半田の冷却工程において超音波を加えた場合、従来の方法によるものよりも配線基板と電子部品の接合部の接合界面に銅(Cu)と錫(Sn)の合金層を確実に形成でき、また、例えば、融点降下作用金属Biが添加されている場合なら、Biの結晶粒の偏析を効果的に防止できる等々により接合強度の向上を図ることができる。
しかしながら、その確実性という観点からは未だ十分なものは得られていない。具体的には、接合強度にはばらつきが存在し、接合部の接合強度向上と長期信頼性を確実に確保できるところまでは到っていない。
When using an Sn-Ag solder to which Bi is added as in Patent Document 1 and ultrasonic waves are applied in the solder cooling process, the junction between the wiring board and the electronic component is more effective than the conventional method. An alloy layer of copper (Cu) and tin (Sn) can be surely formed at the bonding interface of, and, for example, when melting point depressing metal Bi is added, segregation of Bi crystal grains is effectively prevented. It is possible to improve the bonding strength.
However, from the viewpoint of certainty, there is still not enough. Specifically, there is a variation in the bonding strength, and it has not yet reached a point where it is possible to reliably ensure improved bonding strength and long-term reliability of the bonded portion.

本発明者は、その原因を検討した結果、特許文献1の段落番号0033の1行目から6行目の「このような実験装置構成にて、熱風発生器201からの熱風を電子部品205に当て、鉛フリー半田122を溶融させ、溶融後、上記熱風を当てるのをやめて自然冷却させて鉛フリー半田122を凝固させた。超音波発信器202による超音波は、上記自然冷却の開始と同時に作用を開始した。」との記載に着目した。   As a result of studying the cause, the present inventor has determined that the hot air from the hot air generator 201 is applied to the electronic component 205 in such an experimental apparatus configuration in the first to sixth lines of paragraph number 0033 of Patent Document 1. The lead-free solder 122 was melted, and after the melting, the hot air was stopped and naturally cooled to solidify the lead-free solder 122. The ultrasonic wave generated by the ultrasonic transmitter 202 was simultaneously with the start of the natural cooling. Attention was focused on the description "The action has started."

一般的に考えた場合、溶融状態から結晶化が進み凝固に到る過程にあって、結晶粒の偏析、微細化あるいは均一分散化は冷却条件に左右されるはずである。
それ故、特許文献1の上記記載にあるように、溶融状態にある鉛フリー半田の冷却工程にあって、鉛フリー半田の組成に関係なく、単に自然冷却するだけでは、いかに超音波を付加したとしても、安定して必要な接合強度は得られないのではないか、と推測した。
同時に、問題は単に融点降下作用金属の結晶粒の析出状態に限定されず、例えば、Sn−Ag系半田であれば、安定した接合強度を得るためには、主成分であるSnの結晶粒の微細化や均一分散化の方が、添加物に過ぎないBi等の融点降下作用金属の結晶粒の微細化や均一分散化より、より重要であるはずである、とも考えた。
In general, in the process of crystallization progressing from the molten state to solidification, the segregation, refinement or uniform dispersion of crystal grains should depend on the cooling conditions.
Therefore, as described above in Patent Document 1, in the cooling process of lead-free solder in a molten state, regardless of the composition of lead-free solder, how to apply ultrasonic waves simply by natural cooling Even so, it was speculated that the necessary joint strength could not be obtained stably.
At the same time, the problem is not limited to the precipitation state of the crystal grains of the melting point lowering metal. For example, in the case of Sn-Ag solder, in order to obtain a stable bonding strength, the main component of Sn crystal grains It was also considered that refinement and uniform dispersion should be more important than refinement and uniform dispersion of crystal grains of melting point lowering metals such as Bi, which are only additives.

実際に、特許文献1に記載の方法で、Sn−3.5Ag半田(Bi等の融点降下作用金属を含まないもの)を用いて配線基板に電子部品のろう付け(半田付け)を行ったところ、配線基板側の銅表面には銅とSnの金属間化合物は確実に形成されてはいたが、Snの結晶粒の大きさや均一分散に着目すると、Snの結晶については一部に大きな結晶粒が混在しており、その分散も均一とは言い難かった。
以上から本発明者は、鉛フリー半田の主成分であるSnや、例えば、これに融点降下作用金属が添加されている場合には、主成分であるSnと融点降下作用金属の両結晶粒の微細化、均一分散化を確実に実現でき、安定した高い接合強度と長期信頼性を得るためには、その鉛フリー半田の組成に応じて、冷却条件を最適化してやる必要がある、と考え、本発明に到った。
Actually, when the electronic component was brazed (soldered) to the wiring board using Sn-3.5Ag solder (not including a metal having a melting point lowering effect such as Bi) by the method described in Patent Document 1. Although the intermetallic compound of copper and Sn was surely formed on the copper surface on the wiring board side, focusing on the size and uniform dispersion of Sn crystal grains, some of the Sn crystals are It was difficult to say that the dispersion was uniform.
From the above, the inventor of the present invention has found that the main component of lead-free solder is Sn, and, for example, when a melting point lowering metal is added thereto, In order to reliably realize miniaturization and uniform dispersion, and to obtain stable high bonding strength and long-term reliability, it is necessary to optimize the cooling conditions according to the composition of the lead-free solder, The present invention has been reached.

上記問題に鑑み本発明の目的は、鉛フリー半田を用いても、例えば、配線基板の如き装着物と、例えば、これに搭載する電子部品の如き被装着物との間の接合強度を向上させることができ、かつそのばらつきが少なく、しかもその接合強度の経時的変化も少ない、すなわち長期的に信頼性の高いろう付け方法及びこのろう付け方法を採用したろう付け装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to improve the bonding strength between a mounted object such as a wiring board and a mounted object such as an electronic component mounted thereon even when lead-free solder is used. It is an object of the present invention to provide a brazing method that can reduce the variation of the bonding strength over time, that is, has little variation, that is, has a long-term reliability, and a brazing apparatus that employs this brazing method.

前記目的を達成すべく本発明の請求項1記載のろう付け方法は、鉛フリーのろう材を加熱溶融させろう付けを行うろう付け方法において、加熱溶融させたろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とするものである。
このようにしてなる請求項1記載のろう付け方法によれば、加熱溶融させた鉛フリーのろう材の冷却工程において、超音波を加えながら、しかも時間―温度の関係を制御しながら冷却するため、例えば、融点降下作用金属であるBiを添加したSn−Ag系半田を用いて配線基板上に電子部品を搭載する場合、接合部におけるSnやBiの結晶化を、偏析等が少なく、かつその結晶粒がより微細でその分布も均一になる最適な結晶化条件で進めることができる。
その結果、配線基板の如き装着物と、これに搭載する電子部品のような被装着物との間の接合部における、例えば、SnやBiの偏析を効果的に防止でき、もって接合強度が高く、かつそのばらつきも少ない、しかも長期信頼性に優れた接合部を得ることができる。
In order to achieve the above object, a brazing method according to claim 1 of the present invention is a brazing method in which lead-free brazing material is heated and melted and brazing is performed. However, it is characterized by time-temperature control.
According to the brazing method of claim 1 thus formed, in the cooling process of the lead-free brazing material heated and melted, cooling is performed while applying ultrasonic waves and controlling the time-temperature relationship. For example, when an electronic component is mounted on a wiring board using Sn-Ag solder to which Bi, which is a melting point lowering metal, is added, the crystallization of Sn and Bi at the joint is less segregated and the like. It is possible to proceed under optimum crystallization conditions in which the crystal grains are finer and the distribution thereof is uniform.
As a result, it is possible to effectively prevent, for example, segregation of Sn and Bi at a joint portion between a mounting object such as a wiring board and a mounting object such as an electronic component mounted on the mounting object, thereby increasing the bonding strength. In addition, it is possible to obtain a joint with little variation and excellent long-term reliability.

[請求項1]
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
[Claim 1]
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.

[請求項2]
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
冷却固化したろう材の結晶粒子の直径を微細化せしめ、
及び/又は、
結晶粒子の直径の分散を均一化せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
[Claim 2]
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
Reduce the diameter of the crystal particles of the brazing material that has been cooled and solidified,
And / or
By homogenizing the dispersion of crystal particle diameters,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.

[請求項3]
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
冷却固化したろう材中の単位体積当たりの空隙の数を減少せしめ、
及び/又は、
空隙の平均直径を低減せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
[Claim 3]
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
Reduce the number of voids per unit volume in the cooled and solidified brazing material,
And / or
By reducing the average diameter of the voids,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.

[請求項4]
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
被ろう付け材料表面上における溶融状態のろう材の濡れ特性を改善せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
[Claim 4]
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
By improving the wetting properties of the molten brazing material on the surface of the brazing material,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.

[請求項5]
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
被ろう付け材料表面と、
溶融状態、及び/又は、冷却固化状態のろう材との界面において、
被ろう付け材料とろう材の合金層を形成せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
[Claim 5]
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
A brazing material surface;
At the interface with the brazing material in the molten state and / or the cooled and solidified state,
By forming an alloy layer of brazing material and brazing material,
A brazing apparatus having a function of increasing the peel strength of brazing.

[請求項6]
ろう材が、鉛フリーのロウ材であることを特徴とする、
請求項1乃至6の何れかに記載したろう付け装置。
[Claim 6]
The brazing material is a lead-free brazing material,
The brazing apparatus according to any one of claims 1 to 6.

本出願の発明は、鉛フリーのろう材を加熱溶融させ、ろう付けを行うろう付け装置において、加熱により溶融させたろう材に対して、加熱終了後の冷却過程において、超音波を加えてながら時間―温度制御することを特徴とするろう付け方法である。   In the invention of the present application, a lead-free brazing material is heated and melted, and brazing is performed in the brazing apparatus for performing brazing. -Brazing method characterized by temperature control.

本出願の発明は、フラックスを用いないことを特徴とするろう付け方法である。   The invention of the present application is a brazing method characterized by not using a flux.

本出願の発明は、溶融状態の前記ろう材の温度を温度センサーにより測定しその温度により、または外部から前記ろう材の表面温度を測定した温度により、前記溶融状態のろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とするろう付け方法である。   In the invention of the present application, the temperature of the molten brazing material is measured by a temperature sensor and the temperature of the surface of the brazing material is measured from the temperature or from the outside, and the cooling process of the molten brazing material is exceeded. It is a brazing method characterized by time-temperature control while applying sound waves.

本出願の発明は、前記溶融状態のろう材の周囲雰囲気を温度制御された冷却媒体を用いて冷却することで前記冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とするろう付け方法である。   The invention of the present application is characterized in that brazing is characterized in that the cooling process is time-temperature controlled while applying ultrasonic waves by cooling the ambient atmosphere of the molten brazing material using a temperature-controlled cooling medium. Is the method.

本出願の発明は、前記溶融状態のろう材の周囲を囲い、その内部の雰囲気を温度制御された冷却媒体を用いて冷却することを特徴とするろう付け方法である。   The invention of the present application is a brazing method characterized by surrounding the periphery of the molten brazing material and cooling the atmosphere inside the brazing material using a temperature-controlled cooling medium.

本出願の発明は、鉛フリーのろう材を、内部に超音波発生源を内蔵した電気ごてを用いて加熱溶融させ、前記冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とするろう付け方法である。   The invention of the present application is characterized in that a lead-free brazing material is heated and melted using an electric iron having a built-in ultrasonic generation source, and the cooling process is time-temperature controlled while applying ultrasonic waves. This is how to braze.

本出願の発明は、前記電気ごてがその先端部に温度センサーを有していて、前記温度センサーにより測定された温度により前記溶融状態のろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とするろう付け方法である。   In the invention of the present application, the electric iron has a temperature sensor at a tip portion thereof, and the cooling process of the molten brazing material is applied with ultrasonic waves according to the temperature measured by the temperature sensor while applying time to temperature. It is the brazing method characterized by controlling.

本出願の発明は、前記電気ごてがその先端部に冷却媒体吐出口を有していることを特徴とするろう付け方法である。   The invention of the present application is a brazing method characterized in that the electric iron has a cooling medium discharge port at a tip portion thereof.

本出願の発明は、鉛フリーのろう材を加熱溶融させろう付けを行うろう付け装置であって、前記加熱溶融させたろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御するための超音波発生装置と時間―温度制御装置とを備えていることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing apparatus that heats and melts a lead-free brazing material, and ultrasonically controls the cooling process of the heat-melted brazing material with time-temperature control while applying ultrasonic waves. A brazing device comprising a generator and a time-temperature control device.

本出願の発明は、前記ろう付け装置が電気ごてであることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing device characterized in that the brazing device is an electric iron.

本出願の発明は、前記電気ごての先端部が電磁誘導コイルに励起されてジュール熱を発生する金属体を有していて、かつ前記先端部の外周には電磁誘導コイルが形成されていて、この電磁誘導コイルを形成している電線として400℃以上の耐熱性を有する電線が用いられていることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application has a metal body that generates Joule heat when the tip portion of the electric iron is excited by the electromagnetic induction coil, and an electromagnetic induction coil is formed on an outer periphery of the tip portion. The brazing apparatus is characterized in that an electric wire having a heat resistance of 400 ° C. or higher is used as the electric wire forming the electromagnetic induction coil.

本出願の発明は、前記耐熱性を有する電線が、銅導体に耐熱性絶縁被覆を施したものであることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing apparatus characterized in that the heat-resistant electric wire is obtained by applying a heat-resistant insulating coating to a copper conductor.

本出願の発明は、前記電磁誘導コイルの部分が、その表面を耐熱被覆材で覆われていることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing device characterized in that a portion of the electromagnetic induction coil is covered with a heat-resistant coating material.

本出願の発明は、前記耐熱被覆材がガラス、セラミックスあるいは酸化ベリリウムであることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing apparatus characterized in that the heat-resistant coating material is glass, ceramics or beryllium oxide.

本出願の発明は、前記電気ごての先端部が銅に鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキを施したもの、あるいは鉄または鉄/ニッケルからなり内部が空洞で外形が砲弾形状をしたものであることを特徴とするろう付け装置である。   In the invention of the present application, the tip of the electric iron is made of copper plated with iron or iron / nickel, or made of iron or iron / nickel with a hollow inside and a shell-shaped outer shape. It is the brazing apparatus characterized by this.

本出願の発明は、前記電気ごての先端部にあって、銅とこれを被覆する鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキとの境界部には銅と鉄または銅とニッケルの金属間化合物層が形成されていることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of this application is the tip of the electric iron, and an intermetallic compound layer of copper and iron or copper and nickel is formed at the boundary between copper and iron plating or iron / nickel plating covering the copper. It is the brazing apparatus characterized by being made.

本出願の発明は、前記電気ごてが、その先端部に温度制御された冷却媒体を吐出する冷却媒体吐出口を有していることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing device characterized in that the electric iron has a cooling medium discharge port for discharging a temperature-controlled cooling medium at a tip portion thereof.

本出願の発明は、前記電気ごての先端部と前記超音波発生源とがホーン部材を介して直線状に配置されていて、かつ前記先端部と前記超音波発生源との間には断熱部材が介在されていることを特徴とするろう付け装置である。   In the invention of the present application, the tip portion of the electric iron and the ultrasonic wave generation source are linearly arranged via a horn member, and heat insulation is provided between the tip portion and the ultrasonic wave generation source. A brazing device characterized in that a member is interposed.

本出願の発明は、前記超音波発生装置が、超音波発生源と該超音波発生源が発生する振動を前記先端部に伝えるホーン部材とを有し、該ホーン部材は断熱性を有することを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is that the ultrasonic generator has an ultrasonic generation source and a horn member that transmits vibration generated by the ultrasonic generation source to the tip portion, and the horn member has heat insulation properties. This is a brazing device.

本出願の発明は、前記断熱部材及び前記断熱性を有するホーン部材は、チタン、ステンレス、ガラスまたは磁器あるいはこれらの組み合わせからなることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing device in which the heat insulating member and the heat-insulating horn member are made of titanium, stainless steel, glass, porcelain, or a combination thereof.

本出願の発明は、前記電気ごての先端部が、複数の共振周波数を作り出すための共振周波数補正機能を有していることを特徴とするろう付け装置である。   The invention of the present application is a brazing device characterized in that the tip portion of the electric iron has a resonance frequency correction function for generating a plurality of resonance frequencies.

本出願の発明に係るろう付け方法においては、好ましくは、フラックスを用いないことを特徴としている。   The brazing method according to the invention of the present application is preferably characterized in that no flux is used.

本出願の発明に係るろう付け方法によれば、超音波を加えることで濡れ性を向上させることができ、その分フラックスを使用しないで済む。その結果、接合部内にフラックスが残留することがなくなる。よってフラックスの残留物によって接合部が経時的に劣化する恐れをなくすることができ、長期信頼性をより一層高めることができる。またフラックスの気化による作業環境の悪化も防止することができる。   According to the brazing method according to the invention of the present application, wettability can be improved by applying ultrasonic waves, and accordingly, no flux is used. As a result, flux does not remain in the joint. Therefore, it is possible to eliminate the possibility that the joint portion deteriorates with time due to the flux residue, and it is possible to further improve the long-term reliability. Moreover, deterioration of the working environment due to vaporization of the flux can be prevented.

本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、溶融状態の前記ろう材の温度を温度センサーにより測定しその温度により、または外部から前記ろう材の表面温度を測定した温度により、前記溶融状態のろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とする。
例えば、電気ごての先端部に温度センサーを装着し、これを溶融状態にあるろう材中に挿入して温度を直接測定したり、溶融状態のろう材近傍で測定した値を近似値として間接的に用いたり、さらには赤外線温度測定器等で外部から溶融状態のろう材の表面温度を測定して、得られたこれらいずれかの温度を用いて、溶融状態のろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御する。
このようにすれば、高い精度で溶融状態のろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することが可能になる。
その結果、鉛フリー半田を用いた接合部にあって、より確実に接合強度の高い、かつそのばらつきも少ない、しかも長期信頼性に優れた接合部を得ることができる。
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, the temperature of the molten brazing material is measured by a temperature sensor and the temperature is measured from the temperature or the surface temperature of the brazing material is measured from the outside. It is characterized by time-temperature control of the brazing filler metal cooling process while applying ultrasonic waves.
For example, a temperature sensor is attached to the tip of an electric iron and inserted into a molten brazing material, and the temperature is measured directly, or the value measured near the molten brazing material is indirectly approximated. Or by measuring the surface temperature of the molten brazing material from the outside with an infrared temperature measuring instrument, etc., and using any of these obtained temperatures, the cooling process of the molten brazing material is exceeded. Time-temperature control while applying sound waves.
In this way, it becomes possible to control the time-temperature of the cooling process of the molten brazing material with high accuracy while applying ultrasonic waves.
As a result, it is possible to obtain a bonded portion using lead-free solder, which has a higher bonding strength, less variation, and excellent long-term reliability.

本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、前記溶融状態のろう材の周囲雰囲気を温度制御された冷却媒体を用いて冷却することで前記冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴としている。
本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、ろう材の冷却工程の時間―温度制御に温度制御された冷却媒体、具体的には、窒素やアルゴン等の不活性ガスや水をミスト状にした冷却媒体からなる、予め温度制御された冷却媒体を用いるため、応答性よく溶融状態のろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することが可能になる。
このようにすれば、高い精度で、しかも容易に溶融状態のろう材の冷却工程を時間―温度制御することができ、より確実に接合強度の高い、かつそのばらつきも少ない、しかも長期信頼性に優れた接合部を得ることができる。
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, the cooling step is cooled using a temperature-controlled cooling medium to cool the ambient atmosphere of the molten brazing material while applying ultrasonic waves to the time-temperature. It is characterized by control.
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, a cooling medium whose temperature is controlled by the time-temperature control of the brazing material cooling process, specifically, an inert gas such as nitrogen or argon or water is misted. Since a cooling medium having a temperature controlled in advance is used, the cooling process of the molten brazing material can be time-controlled while applying ultrasonic waves with good responsiveness.
In this way, the process of cooling the molten brazing material can be time-temperature controlled with high accuracy and easily, with higher bonding strength and less variation, and long-term reliability. An excellent joint can be obtained.

本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、前記溶融状態のろう材の周囲を囲い、その内部の雰囲気を温度制御された冷却媒体を用いて冷却することを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、溶融状態のろう材の周囲を囲い、その内部の雰囲気だけを温度制御すればよいので、溶融状態のろう材の時間―温度の制御をより迅速に精度よく行うことができる。また冷却範囲が狭くなるため、冷却媒体である、例えば、アルゴンガス等の冷却ガスの使用量も少なくて済む、という効果も得られる。
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, the periphery of the molten brazing material is enclosed, and the atmosphere inside the brazing material is cooled using a temperature-controlled cooling medium. .
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, it is only necessary to enclose the periphery of the molten brazing material and control the temperature of only the atmosphere inside the molten brazing material. It can be performed more quickly and accurately. Further, since the cooling range is narrowed, there is an effect that the amount of cooling gas used, for example, a cooling gas such as argon gas can be reduced.

本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、鉛フリーのろう材を、内部に超音波発生源を内蔵した電気ごてを用いて加熱溶融させ、前記冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、コンパクト化された電気ごてにより前述したろう付け方法を実現できるため、例えば、ロボット等の手にこの電気ごてを持たせることで、多岐の分野に本発明のろう付け方法を適用することが可能になる。
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, a lead-free brazing material is heated and melted using an electric iron containing an ultrasonic generation source therein, and the cooling step is performed while applying ultrasonic waves. It is characterized by time-temperature control.
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, since the brazing method described above can be realized by a compacted electric iron, for example, by giving this electric iron to the hand of a robot or the like, It becomes possible to apply the brazing method of the present invention to various fields.

本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、前記電気ごてはその先端部に温度センサーを有していて、前記温度センサーにより測定された温度により前記溶融状態のろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御することを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、溶融状態の半田に最も近い電気ごての先端に温度センサーを有しているので、溶融状態のろう材温度を直接的に、あるいは間接的であっても溶融状態のろう材に極めて近い位置で測定することができる。
その結果、溶融状態のろう材の冷却工程における時間―温度制御をより精度よく行うことができる。
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, the electric iron has a temperature sensor at a tip thereof, and the step of cooling the molten brazing material according to the temperature measured by the temperature sensor. Is characterized by time-temperature control while applying ultrasonic waves.
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, since the temperature sensor is provided at the tip of the electric iron closest to the molten solder, the temperature of the molten brazing material is directly or indirectly determined. Measurement can be performed at a position very close to the molten brazing material.
As a result, the time-temperature control in the cooling process of the molten brazing material can be performed with higher accuracy.

本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、前記電気ごてはその先端部に冷却媒体吐出口を有していることを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け方法の好ましい態様においては、電気ごてはその先端部に冷却媒体吐出口を有しているため、溶融状態にあるろう材を冷却する場合、極めて近い位置から、例えば、温度制御された冷却ガスや冷却ミストの如き冷却媒体を吐出できる。そのため溶融状態のろう材を応答性よく冷却することができ、溶融状態のろう材の冷却工程における時間―温度制御をより精度よく行うことができる。
In a preferred aspect of the brazing method according to the invention of the present application, the electric iron has a cooling medium discharge port at a tip portion thereof.
In a preferred embodiment of the brazing method according to the invention of the present application, since the electric iron has a cooling medium discharge port at the tip thereof, when cooling the brazing material in a molten state, from an extremely close position, For example, a cooling medium such as a temperature-controlled cooling gas or cooling mist can be discharged. Therefore, the molten brazing material can be cooled with good responsiveness, and the time-temperature control in the cooling process of the molten brazing material can be performed with higher accuracy.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、鉛フリーのろう材を加熱溶融させろう付けを行うろう付け装置であって、前記加熱溶融させたろう材の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御するための超音波発生装置と時間―温度制御装置とを備えていることを特徴としている。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、超音波発生装置と時間―温度制御装置とを有しているため、溶融状態のろう材の冷却工程にあって、超音波の付加と時間―温度制御を合わせて行うことができるため、接合部における半田主成分であるSnやBiやIといった融点降下作用金属の偏析を効果的に防止でき、Sn、BiあるいはI等の偏析の少ない、かつ結晶粒が微細でその分布も均一な結晶を確実に析出させることができる。
すなわち、より確実に接合部の接合強度を向上させることができ、かつそのばらつきも少なくさせることができ、しかも長期信頼性を得ることも可能になる。
In a preferred embodiment of the brazing apparatus according to the invention of the present application, a brazing apparatus for performing heat-melting of a lead-free brazing material while applying ultrasonic waves to the cooling process of the heat-melted brazing material. It is characterized by comprising an ultrasonic generator for time-temperature control and a time-temperature control device.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, since it has an ultrasonic generator and a time-temperature control device, in the cooling process of the molten brazing material, the addition of ultrasonic waves Since time-temperature control can be performed together, it is possible to effectively prevent segregation of melting point lowering metals such as Sn, Bi, and I, which are solder main components, in the joint, and there is little segregation of Sn, Bi, or I. In addition, crystals with fine crystal grains and a uniform distribution can be reliably deposited.
That is, it is possible to improve the bonding strength of the bonded portion more reliably, reduce the variation thereof, and obtain long-term reliability.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記ろう付け装置は電気ごてであることを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、ろう付け装置が電気ごてという使いまわしのよい工具であるため、例えば、ロボット等に容易装着でき便利である。
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the brazing device is an electric iron.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the brazing device is a convenient tool such as an electric iron, so that it can be easily mounted on, for example, a robot and is convenient.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記電気ごての先端部は電磁誘導コイルに励起されてジュール熱を発生する金属体を有していて、かつ前記先端部の外周には電磁誘導コイルが形成されていて、この電磁誘導コイルを形成している電線として400℃以上の耐熱性を有する電線が用いられていることを特徴としている。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、電気ごての先端部は、例えば、銅に鉄メッキの如き磁性体からなる被覆層を施した、いわゆる電磁誘導コイルに励起されてジュール熱を発生する金属体からなり、前記先端部外周には、この先端部にジュール熱を発生させるための電磁誘導コイルとして、鉛フリー半田の溶融温度である230℃前後よりも遥かに高い400℃以上の耐熱性を有する電線が巻かれて電磁誘導コイルが形成されているため、電気ごての先端部を高温にしても、この電線が容易に劣化することがなくなる。それ故、鉛フリー半田を加熱溶融する場合、安心して、電気ごての先端部を瞬時に鉛フリー半田の溶融温度以上に加熱することができる。
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the tip portion of the electric iron has a metal body that is excited by an electromagnetic induction coil and generates Joule heat, and on the outer periphery of the tip portion. Is characterized in that an electromagnetic induction coil is formed, and an electric wire having heat resistance of 400 ° C. or higher is used as the electric wire forming the electromagnetic induction coil.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the tip portion of the electric iron is excited by a so-called electromagnetic induction coil in which a coating layer made of a magnetic material such as iron plating is applied to copper. It is made of a metal body that generates heat, and the outer periphery of the tip is 400 ° C., which is much higher than around 230 ° C., which is the melting temperature of lead-free solder, as an electromagnetic induction coil for generating Joule heat at the tip. Since the electromagnetic induction coil is formed by winding the electric wire having the above heat resistance, the electric wire is not easily deteriorated even if the tip of the electric iron is heated to a high temperature. Therefore, when lead-free solder is heated and melted, the tip of the electric iron can be instantaneously heated above the melting temperature of lead-free solder with peace of mind.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記耐熱性を有する電線は、銅導体に耐熱性絶縁被覆を施したものであることを特徴とするものである。
このように本発明に用いる耐熱性を有する電線として、銅導体に耐熱性絶縁被覆、具体的には、例えば、ガラステープを重ね巻きしたり、アルミナを被覆して形成した耐熱性絶縁被覆を施した電線を用いているため、400℃以上の耐熱性を確実に実現できる。
In a preferred aspect of the brazing apparatus according to the invention of the present application, the heat-resistant electric wire is a copper conductor provided with a heat-resistant insulating coating.
As described above, as a heat-resistant electric wire used in the present invention, a copper conductor is provided with a heat-resistant insulating coating, specifically, a heat-resistant insulating coating formed by, for example, wrapping glass tape or coating alumina. Therefore, heat resistance of 400 ° C. or higher can be reliably realized.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記電磁誘導コイルの部分は、その表面を耐熱被覆材で覆われていることを特徴とするものであり、前記耐熱被覆材はガラス、セラミックスあるいは酸化ベリリウムであることを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、電磁誘導コイルの部分、すなわち、耐熱性を有する電線が巻かれた部分の表面全体を、例えば、ガラスまたはセラミックス等の耐熱被覆材で覆うことにより、電気ごての先端部に加熱用ヒーターである電線を確実に、かつ容易にしっかりと固定できる。
しかもこの耐熱被覆材で電線表面の酸化を防止することもできるので、電線の耐熱性を補助することができると共に、その寿命を長くすることができる。
In a preferred aspect of the brazing device according to the invention of the present application, the portion of the electromagnetic induction coil is characterized in that its surface is covered with a heat-resistant coating material, and the heat-resistant coating material is glass, It is a ceramic or beryllium oxide.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the entire surface of the part of the electromagnetic induction coil, that is, the part around which the heat-resistant electric wire is wound is covered with a heat-resistant coating material such as glass or ceramics. By this, the electric wire which is a heater for heating can be reliably and easily fixed firmly to the tip of the electric iron.
Moreover, since the surface of the electric wire can be prevented from being oxidized with this heat-resistant coating material, the heat resistance of the electric wire can be assisted and its life can be extended.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記電気ごての先端部は銅に鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキを施したもの、あるいは鉄または鉄/ニッケルからなり内部が空洞で外形が砲弾形状をしたものであることを特徴とするものであり、前記電気ごての先端部にあって、銅とこれを被覆する鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキとの境界部には銅と鉄または銅とニッケルの金属間化合物層が形成されていることを特徴とするものである。   In a preferred embodiment of the brazing apparatus according to the invention of the present application, the tip of the electric iron is made of copper plated with iron or iron / nickel, or made of iron or iron / nickel and has an internal cavity and an outer shape. Is in the shape of a shell, and at the tip of the electric iron, copper and iron at the boundary between copper and iron plating or iron / nickel plating covering the copper Alternatively, an intermetallic compound layer of copper and nickel is formed.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、電気ごての先端部は銅に鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキの如き磁性体製のメッキを施したもの、あるいは鉄または鉄/ニッケルからなり内部が空洞で外形が砲弾形状をした磁性体製の部材で形成したものであるため発熱性に優れ、しかも表面の鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキ製の被覆層で、あるいは鉄または鉄/ニッケルからなり内部が空洞で外形が砲弾形状をした部材で、鉛フリー半田側の錫(Sn)により先端部内部の銅(Cu)が腐食されることを防止できる。それ故、電気ごて先端部の寿命を長くすることもできる。
しかも銅とこれを被覆する鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキとの境界部に銅と鉄あるいは銅とニッケルの金属間化合物層が形成されているため、銅と鉄メッキまたは銅と鉄/ニッケルメッキ間の接着強度が高くなって、メッキによる被覆層が剥がれ難くなり、電気ごて先端部7の長寿命化を図れるとともに、内側の銅本体への熱伝導性をも長期に亘って安定化させることもできる。
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the tip of the electric iron is made of copper plated with a magnetic material such as iron plating or iron / nickel plating, or iron or iron / nickel. It is made of a magnetic material that has a hollow interior and a bullet-shaped outer shape, so it has excellent heat generation, and it has an iron-plated or iron / nickel-plated coating layer on the surface, or iron or iron / nickel. This is a member having a hollow inside and a bullet-like outer shape, and can prevent copper (Cu) inside the tip from being corroded by tin (Sn) on the lead-free solder side. Therefore, the life of the tip of the electric iron can be extended.
Moreover, since an intermetallic compound layer of copper and iron or copper and nickel is formed at the boundary between copper and iron plating or iron / nickel plating that covers the copper, between copper and iron plating or between copper and iron / nickel plating The adhesive strength of the steel becomes high, the coating layer by plating is difficult to peel off, the life of the electric iron tip 7 can be extended, and the thermal conductivity to the inner copper body is also stabilized over a long period of time. You can also.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記電気ごては、その先端部に温度制御された冷却媒体を吐出する冷却媒体吐出口を有していることを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、電気ごての先端部に形成された冷却媒体吐出口から、例えば、温度制御された不活性ガスやミスト状の水の如き冷却媒体を吐出することができるため、溶融状態にある鉛フリー半田を極めて近い位置で温度制御することができる。よって溶融状態の鉛フリー半田を冷却する際の時間―温度の制御をより精度よく行うことができる。
In a preferred aspect of the brazing device according to the invention of the present application, the electric iron has a cooling medium discharge port for discharging a temperature-controlled cooling medium at a tip portion thereof. is there.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, a cooling medium such as a temperature-controlled inert gas or mist-like water is supplied from a cooling medium discharge port formed at the tip of the electric iron. Since it can be discharged, the temperature of the lead-free solder in a molten state can be controlled at an extremely close position. Therefore, the time-temperature control when cooling the molten lead-free solder can be performed with higher accuracy.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記電気ごての先端部と前記超音波発生源とがホーン部材を介して直線状に配置されていて、かつ前記先端部と前記超音波発生源との間には断熱部材が介在されていることを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、電気ごての先端部と前記超音波発生源がホーン部材を介して直線状に配置されているため、超音波を電気ごての先端部に確実に伝えることができる。また前記先端部と前記超音波発生源との間には断熱部材を介在させているため、具体的には、ホーン部材の端面部またはその途中に断熱材を介在させているため、加熱されている先端部の熱が超音波発生源へ及ぼす悪影響を減少させることができる。
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the tip portion of the electric iron and the ultrasonic wave generation source are arranged linearly via a horn member, and the tip portion and the supersonic wave source are arranged. A heat insulating member is interposed between the sound wave generation sources.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the tip of the electric iron and the ultrasonic wave generation source are arranged in a straight line via the horn member. I can tell the department reliably. In addition, since a heat insulating member is interposed between the tip portion and the ultrasonic wave generation source, specifically, since the heat insulating material is interposed in the end surface portion of the horn member or in the middle thereof, it is heated. The adverse effect of the heat of the tip on the ultrasonic wave generation source can be reduced.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記超音波発生装置は、超音波発生源と該超音波発生源が発生する振動を前記先端部に伝えるホーン部材とを有し、該ホーン部材は断熱性を有することを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、ホーン部材全体を断熱材で形成しているため、加熱されている先端部の熱が超音波発生源に及ぼす悪影響を最小限に抑えることができる。
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the ultrasonic generator has an ultrasonic generator and a horn member that transmits vibration generated by the ultrasonic generator to the tip. The horn member has a heat insulating property.
In the preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, since the entire horn member is formed of a heat insulating material, the adverse effect of the heat of the heated tip on the ultrasonic wave generation source is minimized. Can do.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記断熱部材及び前記断熱性を有するホーン部材は、チタン、ステンレス、ガラスまたは磁器あるいはこれらの組み合わせからなることを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、断熱部材や圧電素子の如き超音波発生源から電気ごての先端部に超音波を伝えるホーン部材を、断熱性に優れた材料であるチタン、ステンレス、ガラスまたは磁器あるいはこれらの組み合わせにより構成したことから、ヒーター部である電気ごて先端部の熱が超音波発生源に対して、悪影響をより及ぼし難くなる。その結果、超音波特性への熱的影響をより一層排除できる。
In a preferred aspect of the brazing device according to the invention of the present application, the heat insulating member and the horn member having heat insulating properties are made of titanium, stainless steel, glass, porcelain, or a combination thereof.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, a horn member that transmits ultrasonic waves from an ultrasonic wave generation source such as a heat insulating member or a piezoelectric element to a tip portion of an electric iron is a material having excellent heat insulating properties. Since it is composed of titanium, stainless steel, glass, porcelain, or a combination thereof, the heat of the tip of the electric iron, which is the heater, is less likely to have an adverse effect on the ultrasonic wave generation source. As a result, the thermal effect on the ultrasonic characteristics can be further eliminated.

本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、前記電気ごての先端部は、複数の共振周波数を作り出すための共振周波数補正機能を有していることを特徴とするものである。
本出願の発明に係るろう付け装置の好ましい態様においては、電気ごての先端部に溝や突起を設けたり、あるいは先端部として材質の異なるものを幾つか用意しておいていつでも交換可能にしておくなどの共振周波数を作り出す複数の補正機能を有しているため、仮に、使用する鉛フリー半田の種類が変わっても、その半田に最適な共振周波数を作り出すことができる。
また電気ごての先端部の熱が超音波発生装置を構成するホーン部材に影響を与えたとしても、その温度変化による共振点のずれを補正することもできるので、この点でも超音波特性への熱的影響を排除することもできる。
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the tip portion of the electric iron has a resonance frequency correction function for generating a plurality of resonance frequencies.
In a preferred embodiment of the brazing device according to the invention of the present application, the tip of the electric iron is provided with a groove or a protrusion, or several tips of different materials are prepared and can be replaced at any time. Therefore, even if the type of lead-free solder to be used changes, it is possible to create an optimal resonance frequency for the solder.
Even if the heat of the tip of the electric iron affects the horn member that constitutes the ultrasonic generator, the deviation of the resonance point due to the temperature change can be corrected. It is also possible to eliminate the thermal effects.

以上のように本発明によれば、鉛フリー半田を用いても、例えば、配線基板の如き装着物と、これに搭載する電子部品の如き被装着物との間の接合強度を高くでき、かつそのばらつきも少なくでき、しかもその接合強度の経時的変化が少なくて長期的に信頼性の高いろう付け方法及びこのろう付け方法を採用したろう付け装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, even when lead-free solder is used, for example, the bonding strength between an attachment such as a wiring board and an attachment such as an electronic component mounted thereon can be increased, and It is possible to provide a brazing method and a brazing apparatus adopting this brazing method that can reduce the variation and have a long-term reliability with little change in bonding strength over time.

以下に図を用いて本発明のろう付け方法及びこのろう付け方法を採用したろう付け装置の実施形態例を詳細に説明する。
図1は、本発明のろう付け方法を実施するために用いるろう付け装置、具体的には電気ごての一実施形態例を示す要部の一部断面概略正面図、図2はその先端部の一部断面拡大図(先端部の一部のみ非断面図になっている)である。
尚、前述したように図1、図2ともその一部を断面図にしたのは、内部の構成を判り易くするためである。また図1を要部の一部断面概略正面図と称している意味は、電気ごての外装部分を外して、内部の要部のみ示しているからである。
図1に示すように、この電気ごて1の後端部には、超音波発生源である圧電素子2、2がその極性を−、+、+、−になるように、かつ互いの接触面が密に接触するように重ねられ、これらがホーン部材3に螺子4でしっかりと固定されている。ここで符号5は必要に応じて設けられる押さえ部材である。
ホーン部材3は、図1に向かって左側の端面が圧電素子2との接触面の接触面積よりも小さくなるように右側から左側に向かって徐々に横断面が絞られている断面減少部6を有している。
Embodiments of a brazing method of the present invention and a brazing apparatus employing the brazing method will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially sectional schematic front view of a main part showing an embodiment of an electric iron, specifically, a brazing apparatus used for carrying out the brazing method of the present invention, and FIG. FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view (only a part of the tip is a non-cross-sectional view).
As described above, a part of both FIGS. 1 and 2 is a cross-sectional view for easy understanding of the internal configuration. Further, the meaning of referring to FIG. 1 as a partial cross-sectional schematic front view of the main part is that the exterior part of the electric iron is removed and only the main part inside is shown.
As shown in FIG. 1, at the rear end of the electric iron 1, the piezoelectric elements 2 and 2 that are ultrasonic wave generation sources are in contact with each other so that their polarities are-, +, +, and-. The surfaces are stacked so as to be in close contact with each other, and these are firmly fixed to the horn member 3 with screws 4. Here, reference numeral 5 denotes a pressing member provided as necessary.
The horn member 3 has a cross-section reducing portion 6 whose cross section is gradually narrowed from the right side to the left side so that the left end face in FIG. 1 is smaller than the contact area of the contact surface with the piezoelectric element 2. Have.

ここでホーン部材3の圧電素子2との接触面積をS、ホーン部材3の左端の端面3aの断面積をSとしたとき、S/Sの値を小さくすればする程、端面3aにおける超音波の振幅を大きくすることができる。
すなわち、前述した断面減少部6を設けた理由は、後述する溶融状態の半田に付加する超音波の振幅を圧電素子2で発生させる超音波の振幅よりも大きくするためである。
また、ホーン部材3の左側には電気ごて1の先端部7(ヒーター部)が螺合されるが、このとき螺合される先端部7の後端の雄螺子8は、ホーン部材3の左端の端面3aに形成された雌螺子9に螺合される。
Here, when the contact area of the horn member 3 with the piezoelectric element 2 is S 1 and the cross-sectional area of the left end face 3 a of the horn member 3 is S 2 , the end face increases as the value of S 2 / S 1 is decreased. The amplitude of the ultrasonic wave in 3a can be increased.
That is, the reason why the cross-section reducing portion 6 described above is provided is to make the amplitude of the ultrasonic wave added to the molten solder described later larger than the amplitude of the ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 2.
Further, the front end portion 7 (heater portion) of the electric iron 1 is screwed to the left side of the horn member 3, and the male screw 8 at the rear end of the front end portion 7 screwed at this time is connected to the horn member 3. Screwed into a female screw 9 formed on the left end face 3a.

ところでホーン部材3から電気ごて1の先端部7に超音波が特性変化することなく正確に伝わるように、ホーン部材3の端面3aと、これに接触する先端部7側の固定部10の端面11とを極めて密なる状態で面接触させるようにするとよい。そこで端面3aと端面11とを、その外形を同形にして、かつ接触する両面を鏡面仕上げに加工するとよい。
因みに、雄螺子8と雌螺子9との関係は逆の関係、すなわち雄螺子、雌螺子の位置関係を逆にしてもよいことはいうまでもない。
By the way, the end surface 3a of the horn member 3 and the end surface of the fixing portion 10 on the side of the tip portion 7 that contacts the end surface 3a so that the ultrasonic wave can be accurately transmitted from the horn member 3 to the tip portion 7 of the electric iron 1 without characteristic change. 11 may be brought into surface contact in an extremely dense state. Therefore, the end face 3a and the end face 11 are preferably formed to have the same outer shape, and both surfaces that are in contact with each other are processed into a mirror finish.
Incidentally, it goes without saying that the relationship between the male screw 8 and the female screw 9 may be reversed, that is, the positional relationship between the male screw and the female screw may be reversed.

図1、図2に示す電気ごて1は、電磁誘導方式のヒーターを採用している。そのため電気ごて1の先端部7に設けられている固定部10の左側には、その耐熱性が、例えば、400℃以上である電線13が、おおよそ20ターン前後巻かれて電磁誘導コイル14が形成されている。この電線13は耐熱性電線であって、銅導体の表面を耐熱性に優れた絶縁被覆材であるガラス材やアルミナ材で覆って、その耐熱特性を400℃以上に高めたものである。
また電磁誘導コイル14と先端部7の表面との間には優れた耐熱性絶縁材であるガラス繊維やアルミナ製繊維を、例えば、テープまたは編組状にした耐熱性座床14aが形成されている。
さらに電磁誘導コイル14上にはガラス、セラミックスあるいは酸化ベリリウム等からなる耐熱被覆層14bが施され、電磁誘導コイル14が電気ごて1の先端部7にしっかりと固定されるようになっている。
尚、これら耐熱性座床14aや耐熱被覆層14bは必ずしも必要ではなく、省略することもできる。
The electric iron 1 shown in FIGS. 1 and 2 employs an electromagnetic induction heater. Therefore, on the left side of the fixed portion 10 provided at the distal end portion 7 of the electric iron 1, an electric wire 13 having a heat resistance of, for example, 400 ° C. or more is wound around about 20 turns, and the electromagnetic induction coil 14 is formed. Is formed. This electric wire 13 is a heat-resistant electric wire, and the surface of the copper conductor is covered with a glass material or an alumina material, which is an insulating coating material excellent in heat resistance, and its heat-resistant characteristics are increased to 400 ° C. or higher.
Further, between the electromagnetic induction coil 14 and the surface of the tip portion 7, a heat-resistant seat 14a made of glass fiber or alumina fiber, which is an excellent heat-resistant insulating material, is formed into a tape or a braid, for example. .
Further, a heat-resistant coating layer 14b made of glass, ceramics, beryllium oxide or the like is applied on the electromagnetic induction coil 14 so that the electromagnetic induction coil 14 is firmly fixed to the tip 7 of the electric iron 1.
The heat-resistant seat 14a and the heat-resistant coating layer 14b are not always necessary and can be omitted.

図2に示すように、電磁誘導コイル14により誘導加熱される電磁誘導コイル14の内側に位置する先端部7は、本体17が銅または酸化ベリリウムからなり、これに鉄メッキまたは鉄/ニッケルメッキからなる厚さ100mμ程度の被覆層18を施した構造になっている。
このようにした結果、誘導加熱により被覆層18が励磁されてジュール熱を発生し、先端部7を効率的に高温化させることができる。また電磁誘導方式を採用したことにより、先端部7を小型化でき、それ故、先端部7全体の熱容量を小さくすることができる。その結果、短時間で先端部7を所定温度まで加熱できる利点もある。
また被覆層18を設けたことにより、銅からなる本体17がそのイオン化傾向の差によって、半田側の組成の1つである錫(Sn)に腐食されるのを効果的に防止することもできる。
As shown in FIG. 2, the tip 7 located inside the electromagnetic induction coil 14 that is induction-heated by the electromagnetic induction coil 14 has a main body 17 made of copper or beryllium oxide, which is made of iron plating or iron / nickel plating. The coating layer 18 having a thickness of about 100 mμ is applied.
As a result, the coating layer 18 is excited by induction heating to generate Joule heat, and the tip portion 7 can be efficiently heated. Further, by adopting the electromagnetic induction method, the tip portion 7 can be reduced in size, and therefore the heat capacity of the tip portion 7 as a whole can be reduced. As a result, there is also an advantage that the tip 7 can be heated to a predetermined temperature in a short time.
Further, the provision of the coating layer 18 can effectively prevent the copper body 17 from being corroded by tin (Sn), which is one of the solder-side compositions, due to the difference in ionization tendency. .

さらに電気ごて1のより先端の部分、具体的には先端から2mmくらいの位置には、内径が1.0mm以下の冷却媒体吐出口15が設けられていて、この冷却媒体吐出口15から外部に向かって、例えば、所定温度に加熱された、すなわち温度制御された、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス、あるいはミスト状にした水等を流し、電気ごて1のヒーター部分である先端部7を、後述する時間―温度制御の所定パターンに沿って精度よく冷却できるようになっている。   Further, a cooling medium discharge port 15 having an inner diameter of 1.0 mm or less is provided at a more distal portion of the electric iron 1, specifically, at a position about 2 mm from the front end. For example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas heated to a predetermined temperature, that is, temperature-controlled, or mist-like water or the like is flowed, and the tip which is a heater portion of the electric iron 1 The section 7 can be cooled accurately along a predetermined pattern of time-temperature control described later.

また先端部7の先端から、例えば、2mm以内の位置に、温度センサー16も取り付けられている。このようにしておけば、溶融状態の鉛フリー半田に最も近接した位置で、溶融状態の半田温度を直接的に、あるいは溶融状態の鉛フリー半田に最も近い先端部7の温度を介して間接的に測定することが可能になる。
ここで温度センサー16としては、後述するように、この温度センサー16で測定した温度で、溶融状態の鉛フリー半田の冷却工程を時間―温度制御しようとしている。そこでこの制御をより精度よく行うためには、この温度センサー16の時定数が小さいものほど好ましい。具体的には、時定数が0.1sec以下、より好ましく0.01sec程度のものが好ましい。
因みに、通常用いられている市販の温度センサーの時定数は0.1sec以上のものが多い。
尚、図1、図2では、温度センサー16に装着されている電線は、図を判り難くするため省略しているが、この電線は電磁誘導コイル14への電力供給電線と共に外部に導かれ、その端部にコネクタ14cが装着されている。
そして温度センサー16が測定した温度に基づいて、前述した冷却媒体吐出口15から流す冷却媒体の量やその温度を調整しながら、先端部7の先端の温度またはこの先端が接触する溶融状態の半田の温度を、超音波を加えながら時間―温度制御する。
A temperature sensor 16 is also attached at a position within 2 mm from the tip of the tip 7. In this way, at the position closest to the molten lead-free solder, the molten solder temperature is directly or indirectly through the temperature of the tip 7 closest to the molten lead-free solder. It becomes possible to measure.
Here, as will be described later, the temperature sensor 16 tries to control the time of the cooling process of the molten lead-free solder at the temperature measured by the temperature sensor 16. Therefore, in order to perform this control with higher accuracy, it is preferable that the temperature sensor 16 has a smaller time constant. Specifically, the time constant is preferably 0.1 sec or less, more preferably about 0.01 sec.
Incidentally, many commercially available temperature sensors that are usually used have a time constant of 0.1 sec or more.
In FIG. 1 and FIG. 2, the electric wire attached to the temperature sensor 16 is omitted for the sake of clarity, but this electric wire is led to the outside together with the electric power supply wire to the electromagnetic induction coil 14, A connector 14c is attached to the end.
Then, based on the temperature measured by the temperature sensor 16, while adjusting the amount of the cooling medium flowing from the cooling medium discharge port 15 and the temperature thereof, the temperature of the tip of the tip 7 or the molten solder with which the tip comes into contact is adjusted. The temperature is controlled for a time-temperature while applying ultrasonic waves.

また図1、図2において符号21は、螺子4、押さえ部材5、圧電素子2、2、ホーン部材3及び電気ごて1の先端部7のほぼ軸心位置を貫通し、冷却媒体吐出口15に連通する冷却媒体流路である。
また符号22は、この冷却媒体流路21に接続され、適温に制御された冷却ガス等の冷却媒体を冷却媒体流路21に送り込む冷却媒体送出管である。図示されてはいないが、この冷却媒体送出管22の端部には、冷却媒体を貯留するタンクがあり、かつこのタンクは加熱用のヒーターにより加熱され、かつ温度制御されて、内部の冷却媒体を所定温度に調整可能になっている。
また冷却媒体吐出口15は、図では1個しか記載されていないが、例えば、一例として、先端部7の径方向に所定間隔で複数個放射線状に配置しておけば、電気ごて1の先端部7あるいは溶融状態の鉛フリー半田をより均一に、かつ迅速に冷却できるので好ましい。
1 and 2, reference numeral 21 denotes a screw 4, a pressing member 5, a piezoelectric element 2, 2, a horn member 3, and substantially the axial center position of the tip portion 7 of the electric iron 1, and the cooling medium discharge port 15. This is a cooling medium flow path communicating with.
Reference numeral 22 denotes a cooling medium delivery pipe that is connected to the cooling medium flow path 21 and feeds a cooling medium such as a cooling gas controlled to an appropriate temperature into the cooling medium flow path 21. Although not shown, there is a tank for storing the cooling medium at the end of the cooling medium delivery pipe 22, and this tank is heated by a heater for heating and the temperature is controlled so that the internal cooling medium is stored. Can be adjusted to a predetermined temperature.
Although only one cooling medium discharge port 15 is shown in the figure, for example, if a plurality of cooling medium discharge ports 15 are arranged radially at predetermined intervals in the radial direction of the distal end portion 7, for example, It is preferable because the tip 7 or the molten lead-free solder can be cooled more uniformly and rapidly.

図3は、図1、図2に示す本発明の電気ごて1において、溶融状態の鉛フリー半田の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御するための制御機構の一例を示すフローチャートである。
図3に示すように、前述した電気ごて1にあっては、電気ごて1のメインスイッチ20を入れると、電気ごて1の先端部7に装着されている温度センサー16からの信号が制御装置(CPU)30に入る。
さらにこの温度センサー16の信号により、制御装置(CPU)30はヒーター部である電磁誘導コイル14を制御する信号をヒーター制御部40へ送る。またこれと連動してタンク内の冷却媒体を適温に加熱冷却するために冷却装置50に温度制御信号を送ったり、電気ごて1の冷却媒体流路21へ送り込む冷却媒体の流量を調整のために流量調整弁51に弁の開閉度を指示する信号も送るようになっている。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control mechanism for controlling the time-temperature of the molten lead-free solder in the electric iron 1 of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 while applying ultrasonic waves. is there.
As shown in FIG. 3, in the electric iron 1 described above, when the main switch 20 of the electric iron 1 is turned on, a signal from the temperature sensor 16 attached to the tip 7 of the electric iron 1 is received. A control device (CPU) 30 is entered.
Further, the control device (CPU) 30 sends a signal for controlling the electromagnetic induction coil 14, which is a heater unit, to the heater control unit 40 by a signal from the temperature sensor 16. In conjunction with this, a temperature control signal is sent to the cooling device 50 to heat and cool the cooling medium in the tank to an appropriate temperature, and the flow rate of the cooling medium sent to the cooling medium flow path 21 of the electric iron 1 is adjusted. In addition, a signal for instructing the degree of opening and closing of the valve is also sent to the flow rate adjusting valve 51.

さらに制御装置(CPU)30は、超音波発生源である圧電素子2、2で発生させる超音波の周波数、振幅等を適切に制御する超音波制御装置60にも、使用する半田の組成等に対応して、その都度適正な周波数や振幅、発生時間Tonあるいは停止時間Toffを指示するようになっている。
尚、本発明にあっては、超音波発生源である圧電素子2、2に、発生した超音波を先端部7に伝えるホーン部材3、さらには前記超音波制御装置60も含めて超音波発生装置ということにする。
Furthermore, the control device (CPU) 30 also uses the ultrasonic control device 60 that appropriately controls the frequency, amplitude, etc. of the ultrasonic waves generated by the piezoelectric elements 2 and 2 that are the ultrasonic wave generation sources. Correspondingly, an appropriate frequency, amplitude, generation time Ton or stop time Toff is indicated each time.
In the present invention, the ultrasonic elements including the horn member 3 that transmits the generated ultrasonic waves to the tip 7 and the ultrasonic control device 60 are transmitted to the piezoelectric elements 2 and 2 that are ultrasonic generation sources. Let's call it a device.

具体的に説明すると、制御装置(CPU)30は、超音波制御装置60を介して、圧電素子2、2により発生させる超音波の発生時間Ton、停止時間Toff、超音波のTrain Pulseの発生時間Tton、停止時間Ttoffあるいは振幅V等を制御する。
ここでTrain Pulseとは、正負のパルスを連続的に発生させるのではなく、その間に停止時間Ttoffを設けたパルスの発生方式ると発生する振動エネルギーの調整制度を向上させることができる。因みに、この調整は、例えば、配線基板に電子部品を接合する場合、配線基板側の接合部であるパッドに形成されている銅膜の厚さ等に応じて行われる。
尚、正負の各パルスを1個のパルスで構成するだけでなく、複数個のパルスで構成するようにしてもよい。
ところで本発明で用いる超音波の振動数は、20KHz〜60KHzである。
More specifically, the control device (CPU) 30 transmits the ultrasonic generation time T on , the stop time T off , and the ultrasonic train pulse generated by the piezoelectric elements 2 and 2 via the ultrasonic control device 60. The generation time Tt on , the stop time Tt off, the amplitude V, etc. are controlled.
Here, the train pulse is not to generate positive and negative pulses continuously, but to improve the adjustment system of the vibration energy generated by a pulse generation method in which a stop time Tt off is provided between them. Incidentally, for example, when the electronic component is bonded to the wiring board, this adjustment is performed according to the thickness of the copper film formed on the pad that is the bonding portion on the wiring board side.
Note that each positive and negative pulse may be composed of a plurality of pulses as well as a single pulse.
By the way, the frequency of the ultrasonic wave used in the present invention is 20 KHz to 60 KHz.

また、電気ごて1の先端部7に設けられているヒーター部分、すなわち電磁誘導コイル14に指示信号を出す場合には、ヒーター制御部40を介して行い、負荷する電流の発生時間Ton、停止時間Toffに加え電圧Vの大きさを指示する。 Further, a heater portion provided in the distal end 7 of the electric iron 1, that is, when issuing an instruction signal to the electromagnetic induction coil 14 is carried out via the heater control unit 40, the time of occurrence of the load to current T on, The magnitude of the voltage V is indicated in addition to the stop time Toff .

また冷却装置50へは、図3において冷却装置50が内蔵する冷却ガス貯蔵タンクにおけるヒーター温度、あるいは冷却媒体送出管22、冷却媒体流路21を介して冷却媒体吐出口15から吐出する冷却媒体、例えば、冷却ガスの温度、量についての指示を出す。
尚、本発明にあっては、時間―温度制御装置という場合には、制御装置(CPU)30、ヒーター制御部40そして冷却装置50を含むものとする。
ところで符号70は、例えば、制御装置(CPU)30に対して、使用する鉛フリー半田の種類に応じて、その制御条件を入力するために用いるPC、すなわちパーソナルコンピューターである。
Further, the cooling device 50 includes a heater temperature in a cooling gas storage tank built in the cooling device 50 in FIG. 3, or a cooling medium discharged from the cooling medium discharge port 15 via the cooling medium delivery pipe 22 and the cooling medium flow path 21. For example, an instruction about the temperature and amount of the cooling gas is issued.
In the present invention, the time-temperature control device includes the control device (CPU) 30, the heater control unit 40, and the cooling device 50.
Reference numeral 70 denotes, for example, a PC used for inputting control conditions to the control device (CPU) 30 according to the type of lead-free solder used, that is, a personal computer.

図4を用いて、具体的にどのような時間―温度制御を行うかを詳細に説明する。
図4は任意の鉛フリー半田を用い、かつ前述した本発明のろう付け装置の一実施形態例である電気ごて1を使用して、配線基板の如き装着物の接合部であるパッドに、被装着物である電子部品の接続端子を接合する場合の時間―温度制御の一例を示している。
図4に示すように、予めPC70を介して、使用する鉛フリー半田に関する制御条件を制御装置(CPU)30に入力しておく。その上で電気ごて1のメインスイッチ20をオンにする。すると電気ごて1の先端に装着されている温度センサー16の信号を拾いつつ制御装置(CPU)30は、電気ごて1の先端部7の時間―温度制御を開始する。
With reference to FIG. 4, the specific time-temperature control will be described in detail.
FIG. 4 shows an arbitrary lead-free solder and the above-described electric iron 1 which is an embodiment of the brazing apparatus of the present invention. An example of time-temperature control in the case of joining the connection terminals of the electronic component that is the attachment object is shown.
As shown in FIG. 4, control conditions relating to lead-free solder to be used are input to a control device (CPU) 30 in advance via a PC 70. Then, the main switch 20 of the electric iron 1 is turned on. Then, the control device (CPU) 30 starts time-temperature control of the tip portion 7 of the electric iron 1 while picking up a signal of the temperature sensor 16 attached to the tip of the electric iron 1.

具体的には、図1、図2に示すように先端部7の電磁誘導コイル14により先端部7を加熱し、電気ごて1の先端の温度を立ち上げる。ここでTは用いた鉛フリー半田の凝固点を示す温度であり、Tは溶融温度、すなわち融点を示している。
加熱されて電気ごて1の先端温度が溶融温度Tより50℃〜200℃くらい高い、いわゆる動作温度Twを超えたら、制御装置(CPU)30の制御により電磁誘導コイル14に流す電流や、冷却媒体吐出口15から吐出する、例えば、ミスト状の水や窒素ガスのような冷却媒体の温度や量を冷却装置50を介して制御しながら、電気ごて1の先端温度を動作温度Twに戻す。この状態を符号80が示している。
電気ごて1の先端部7の温度が動作温度Twで安定した時点Aで鉛フリー半田に電気ごて1の先端を接触させ、鉛フリー半田を加熱し、溶融させる。
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the tip 7 is heated by the electromagnetic induction coil 14 of the tip 7 to raise the temperature of the tip of the electric iron 1. Here, T 2 is a temperature indicating a freezing point of the lead-free solder used, and T 1 indicates a melting temperature, that is, a melting point.
When heated and the tip temperature of the electric iron 1 exceeds the melting temperature T 1 by about 50 ° C. to 200 ° C., that is, the so-called operating temperature Tw, the current flowing through the electromagnetic induction coil 14 by the control of the control device (CPU) 30, While controlling the temperature and amount of the cooling medium discharged from the cooling medium discharge port 15 such as mist-like water or nitrogen gas via the cooling device 50, the tip temperature of the electric iron 1 is set to the operating temperature Tw. return. This state is indicated by reference numeral 80.
When the temperature of the tip 7 of the electric iron 1 is stabilized at the operating temperature Tw, the tip of the electric iron 1 is brought into contact with the lead-free solder, and the lead-free solder is heated and melted.

電気ごて1の先端温度は、鉛フリー半田に熱を奪われるため一時的に下がるが、制御装置(CPU)30とヒーター制御部40による制御により直ちに動作温度Twに戻される。この状態を時点Bが示している。この電気ごて1を操作している作業者が溶融状態の鉛フリー半田の様子を観ていて、自身の判断で時間t(BからCまでの時間)を判断し、ヒーター(電磁誘導コイル14)への電流をオフにする。すなわち、電気ごて1の先端部7の加熱を止める。これと同時に制御装置(CPU)30は、温度センサー16から送られてくる温度の信号の監視を開始し、その温度がTより低いTになったら、直ちに超音波制御装置60を介して圧電素子2、2に超音波の発振を促す。 The tip temperature of the electric iron 1 is temporarily lowered because the heat is taken away by the lead-free solder, but is immediately returned to the operating temperature Tw by the control by the control device (CPU) 30 and the heater control unit 40. This state is indicated by time B. An operator operating the electric iron 1 is watching the state of molten lead-free solder, and judges the time t 1 (time from B to C) by his / her own judgment, and the heater (electromagnetic induction coil) Turn off the current to 14). That is, heating of the tip 7 of the electric iron 1 is stopped. At the same time the control unit (CPU) 30 starts to monitor the temperature of the signal sent from the temperature sensor 16, when the temperature becomes lower T D than T W, immediately through the ultrasonic control unit 60 The piezoelectric elements 2 and 2 are urged to oscillate ultrasonic waves.

そして溶融状態の鉛フリー半田が凝固点であるTに達する少し前の温度Tに達したら、超音波の発振を止めるように指示を出す。
発振を止める時点を、溶融状態にある鉛フリー半田が完全に凝固して固まるF(Tに対応)の時点の手前のE(温度Tに対応)の時点にする理由は、単にFの時点まで超音波を加え続けると、電気ごて1の先端部7が固化した半田にくっついてしまうので、これを防止するためである。
因みに、この温度Tは、予め何度か実験を行い、超音波付加の効果を果たした上で、しかも電気ごて1の先端を固化した半田に確実にくっつけないで済む温度に決めておく。
The lead-free solder in a molten state reached shortly before the temperature T E to reach T 2 is a freezing point, issues an instruction to stop the oscillation of the ultrasonic wave.
The reason why the oscillation is stopped is set to the time E (corresponding to the temperature T E ) just before the time F (corresponding to T 2 ) when the lead-free solder in the molten state is completely solidified and solidified. If the ultrasonic wave is continuously applied until the point in time, the tip 7 of the electric iron 1 sticks to the solidified solder, which is to prevent this.
Incidentally, the temperature T E performs advance several experiments, is determined in advance in terms of played effect of ultrasound addition, moreover the temperature need not surely stuck to the solder solidified the tip of the electric iron 1 .

ここで超音波発生源である圧電素子2、2に超音波の発振を促す温度Tは鉛フリー半田の組成や、例えば、配線基板と電子部品の接合部に供給されている溶融状態の半田の量によって予め決められている温度である。具体的には、もし配線基板へパワー部品の如く接続端子が太く、それ故、接合部に供給する鉛フリー半田の量が多い場合には、同じ組成の鉛フリー半田で小さな電子部品を接合する場合に比して、より低いTで超音波の発振を開始する。 Here the temperature T D to promote the oscillation of the ultrasonic wave to the piezoelectric elements 2 and 2 is an ultrasound generating source and composition of the lead-free solder, for example, molten solder which is supplied to the junction of the wiring board and the electronic component The temperature is determined in advance by the amount of. Specifically, if the connection terminal is thick like a power component to the wiring board, and therefore the amount of lead-free solder supplied to the joint is large, small electronic components are joined with lead-free solder of the same composition. as compared with the case, to start the oscillation of the ultrasonic at a lower T D.

本発明にあって、作業者がヒーターをオフにした時点Cから鉛フリー半田が凝固点、すなわち凝固温度Tに達するまでの時点Fまでの時間―温度の冷却曲線81の制御が極めて重要である。
冷却曲線81は、鉛フリー半田がその組成毎に有する最適な冷却曲線である。ここでいう最適な冷却曲線とは、接合部内にあって主成分SnやBi等の融点降下作用金属の析出が正常に行われ、偏析がなく結晶粒が微細で、分散が均一な状態で析出する冷却曲線をいうものとする。
In the present invention, lead-free solder freezing point from the point C by the operator turns off the heater, ie, the time up to the point F to reach the solidification temperature T 2 - Control of the cooling curve 81 of the temperature is crucial .
The cooling curve 81 is an optimum cooling curve that the lead-free solder has for each composition. The optimal cooling curve here means that the precipitation of the melting point lowering metals such as the main components Sn and Bi is normally performed in the joint, there is no segregation, the crystal grains are fine, and the dispersion is uniform. The cooling curve to be referred to.

鉛フリー半田の種類毎に異なる最適な冷却曲線81は、予め鉛フリー半田の種類毎に、あるいは接合部に供給される半田の量に対応して実験し、得られているものとする。
それ故、実際の半田付けでは、用いる鉛フリー半田の組成等に基づいて決められた冷却曲線81に沿って冷却が行われるように、温度センサー16からの温度に基づいて、制御装置(CPU)30はヒーター制御部40や冷却装置50、あるいは超音波制御装置60を制御しながら冷却を行う。
具体的には、冷却媒体吐出口15から吐出させる不活性ガスの温度や量、さらにヒーターのスイッチのオン−オフ、圧電素子2のオンーオフを時間軸に沿って正確に制御する。
It is assumed that the optimum cooling curve 81 that is different for each type of lead-free solder is obtained by experimenting in advance for each type of lead-free solder or corresponding to the amount of solder supplied to the joint.
Therefore, in actual soldering, the control device (CPU) is based on the temperature from the temperature sensor 16 so that the cooling is performed along the cooling curve 81 determined based on the composition of the lead-free solder to be used. 30 performs cooling while controlling the heater control unit 40, the cooling device 50, or the ultrasonic control device 60.
Specifically, the temperature and amount of the inert gas discharged from the cooling medium discharge port 15, the on / off of the heater switch, and the on / off of the piezoelectric element 2 are accurately controlled along the time axis.

典型的な例で説明すると、図5において、実線で示す曲線Gが、現在使用している鉛フリー半田の最適な冷却曲線81であると仮定した場合、その鉛フリー半田の自然冷却曲線がXであれば、より冷却効果を高めて、すなわち冷却装置50から供給する冷却媒体の温度をより低くして、あるいは冷却媒体の量を多くして電気ごて1の先端の冷却媒体吐出口15に供給して、自然冷却よりもより速やかに冷却を行うように制御する。
逆に、用いている鉛フリー半田の自然冷却曲線がYのようになっている場合には、例えば、その一例として、供給する冷却媒体の温度を少し高めにして、溶融状態の半田がより緩やかに固化するように制御する。
このように用いている鉛フリー半田の組成等に最適な冷却曲線81に、実際の冷却曲線をより近付けるように冷却、制御する。
In a typical example, assuming that the curve G shown by the solid line in FIG. 5 is the optimum cooling curve 81 of the lead-free solder currently used, the natural cooling curve of the lead-free solder is X If so, the cooling effect is further enhanced, that is, the temperature of the cooling medium supplied from the cooling device 50 is lowered, or the amount of the cooling medium is increased, so that the cooling medium discharge port 15 at the tip of the electric iron 1 is provided. Supply and control to cool more quickly than natural cooling.
On the other hand, when the natural cooling curve of the lead-free solder used is Y, for example, the temperature of the cooling medium to be supplied is slightly increased, and the molten solder becomes more gradual. Control to solidify.
Cooling and control are performed so as to bring the actual cooling curve closer to the optimum cooling curve 81 for the composition of the lead-free solder used in this way.

尚、時間帯D−E間では、電気ごて1の先端から溶融状態の鉛フリー半田に超音波を加えながら、前述した時間―温度制御が行われるが、この場合、使用している鉛フリー半田の組成や供給されている半田量等に応じて適正な周波数、振幅等を持つ超音波を供給できるように超音波制御装置60は圧電素子2に加える条件を制御できるようになっている。
ここで、通常、超音波の周波数を制御するといっても、この電気ごて1が共振点を1つしか持っていない場合には、周波数制御は実質不可能である。そこで予め、先端部7の任意の箇所に凸凹、具体的には、溝や突起を形成して、この電気ごて1が複数個の共振点を持つように細工を施しておくとよい。あるいはまた電気ごて1の先端部7を異なる材質で形成したものを用意しておき、必要により先端部7を交換して使用できるようにしておいてもよい。
During the time zone D-E, the above-mentioned time-temperature control is performed while applying ultrasonic waves to the molten lead-free solder from the tip of the electric iron 1. In this case, the lead-free used The ultrasonic control device 60 can control the conditions applied to the piezoelectric element 2 so that an ultrasonic wave having an appropriate frequency, amplitude, and the like can be supplied in accordance with the composition of the solder and the amount of solder supplied.
Here, even if the frequency of the ultrasonic wave is normally controlled, if the electric iron 1 has only one resonance point, the frequency control is practically impossible. Therefore, in advance, it is preferable to form irregularities, specifically grooves and protrusions, at any point of the tip 7 and to make the electric iron 1 have a plurality of resonance points. Alternatively, it is also possible to prepare an electric iron 1 having a tip portion 7 made of a different material and replace the tip portion 7 if necessary.

さらには、図1に示す実施形態例では、圧電素子2を一対のみ組み込んでいるが、これに別の周波数を発振する一対の圧電素子2と組にして一緒に組み込んでおき、適宜いずれかの対の圧電素子に切り替えながら、あるいは組み合わせて使うこともできる。ここでは前述した種々の適用形態を含めて共振周波数補正機能と呼ぶことにする。
このようにしておけば、先端部7の熱が超音波発生源である圧電素子2に伝わってその周波数特性を変化させてしまったような場合にも、容易にこの変化を補正することができ好ましい。
Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 1, only one pair of piezoelectric elements 2 is incorporated. However, a pair of piezoelectric elements 2 that oscillate at different frequencies are incorporated into the piezoelectric element 2 together. It can also be used while switching to a pair of piezoelectric elements or in combination. Here, the various application forms described above are referred to as a resonance frequency correction function.
In this way, even when the heat of the tip 7 is transferred to the piezoelectric element 2 that is an ultrasonic wave generation source and the frequency characteristics thereof are changed, this change can be easily corrected. preferable.

ところで一般的には、溶融状態の鉛フリー半田に超音波を加えると、その表面張力を低下させることができ、その結果、溶融状態の鉛フリー半田の流動性が増し、濡れ性の向上を図ることができる、といわれている。
また一説には、超音波は接合体表面の酸化被膜を破壊することで濡れ性を向上させている、ともいわれている。いずれにせよ超音波を加えることで接合面の濡れ性が向上し、特別にフラックスを用いずとも配線基板の如き装着物と、例えば、これに搭載する電子部品の如き被装着物との接合強度を向上させることができる。
本発明にあっては、フラックスは用いても用いなくともいずれでもよいが、前述したようにフラックスを用いずともろう付けが可能になると、接合部内にフラックスが残留する恐れがなくなり、この残留物により接合部が経時的に劣化する恐れを減少させることができる。その結果、接合部の長期信頼性をより高めることができる。またフラックスの気化による作業環境の悪化も防止することができる。
By the way, in general, when ultrasonic waves are applied to molten lead-free solder, the surface tension can be lowered, and as a result, the fluidity of molten lead-free solder increases and wettability is improved. It is said that you can.
Also, it is said that ultrasonic waves improve wettability by destroying the oxide film on the surface of the bonded body. In any case, the wettability of the joint surface is improved by applying ultrasonic waves, and the joint strength between an object such as a wiring board and an object to be mounted such as an electronic component mounted on the object without using any special flux. Can be improved.
In the present invention, the flux may or may not be used. However, as described above, when brazing can be performed without using the flux, there is no possibility that the flux remains in the joint portion. As a result, the possibility that the joint portion deteriorates with time can be reduced. As a result, the long-term reliability of the joint can be further increased. Moreover, deterioration of the working environment due to vaporization of the flux can be prevented.

またこの冷却工程において、溶融状態の鉛フリー半田の周囲を壁等で囲んだり、覆ったりして外部と遮断すると、冷却ガスの如き冷却媒体による冷却がより効率的に、かつ精度よく行えるので好ましい。またこのようにすれば、高価な冷却ガスを使用する場合でも、その使用量を減少させることができ、この点でも好ましい。
以上のように溶融状態の鉛フリー半田の冷却工程にあって、超音波を加えると同時に時間―温度の制御を合わせて行うと、鉛フリー半田の主成分であるSnはもちろんのこと、Biの如き融点降下作用金属が添加されている場合には、この融点降下作用金属も含めて偏析を防止でき、これらの結晶粒が微細で、その分布も均一な接合部が得られる。
その結果、鉛フリー半田の接合に際して、接合強度が高く、ばらつきも少なく、長期に亘って信頼性の高い接合部を得ることができる。
Further, in this cooling step, it is preferable to surround the molten lead-free solder with a wall or the like so as to block it from the outside so that cooling with a cooling medium such as cooling gas can be performed more efficiently and accurately. . In this way, even when an expensive cooling gas is used, the amount of use can be reduced, which is also preferable in this respect.
As described above, in the cooling process of molten lead-free solder, when ultrasonic waves are applied and time-temperature control is performed at the same time, Sn as the main component of lead-free solder, as well as Bi When such a melting point lowering metal is added, segregation including this melting point lowering metal can be prevented, and a bonded portion having a fine crystal grain and a uniform distribution can be obtained.
As a result, when lead-free solder is bonded, a bonding portion with high bonding strength, little variation, and high reliability over a long period can be obtained.

本発明によるろう付け方法と特許文献1に開示されているろう付け方法との相違を確認すべく、典型的な鉛フリー半田であるSn−3.5Agを用いて配線基板に電子部品を半田付けした。その際得られた接合部の断面を電子顕微鏡で観察したところ両者には下記のような相違があった。
すなわち、本発明の方法と特許文献1に開示されている方法とも、配線基板の銅パッド
と半田との間に形成されている合金層は共に十分であまり相違を見出すことはできなかったが、固化している半田層内のSnの結晶粒の大きさ及び分布に明確な差が見られた。
具体的には、本発明の方法によるものでは、Snの結晶粒の大きさが特許文献1に記載された方法で得られたものよりも明らかに小さく、その偏析も少なかった。すなわち、本発明の方法で得られた接合部の方が、Snの結晶粒の大きさが小さく、その分布も格段に均一であった。
その結果、接続強度も本発明の方がより高く、かつそのばらつきも小さかった。
In order to confirm the difference between the brazing method according to the present invention and the brazing method disclosed in Patent Document 1, an electronic component is soldered to a wiring board using Sn-3.5Ag which is a typical lead-free solder. did. When the cross section of the junction part obtained in that case was observed with the electron microscope, both had the following differences.
That is, both the method of the present invention and the method disclosed in Patent Document 1 are sufficient for the alloy layer formed between the copper pad of the wiring board and the solder, and could not find much difference. A clear difference was observed in the size and distribution of Sn crystal grains in the solidified solder layer.
Specifically, according to the method of the present invention, the size of Sn crystal grains was clearly smaller than that obtained by the method described in Patent Document 1, and segregation was also small. That is, the size of the Sn crystal grains was smaller and the distribution thereof was remarkably uniform in the joint obtained by the method of the present invention.
As a result, the connection strength was higher in the present invention and the variation was small.

ところで図1において、ホーン部材3を断熱性に優れた、例えば、チタン、ステンレス、ガラスまたは磁器あるいはこれらの組み合わせからなるもので形成すると、電気ごて1の先端部7の熱が超音波発生源である圧電素子2、2に対して、より影響を及ぼし難くなって、超音波への熱的影響をより確実に排除できる。
あるいは、この種の断熱性材料をホーン部材3の軸方向の一部、具体的にはホーン材3の両端部あるいは軸方向の任意の位置に介在させても同様な効果が得られる。
具体的には、ホーン部材3を、例えば、図1において左側の端面3aに近い方の位置でホーン部材3の軸に対して垂直に切り、切った位置に、例えば、チタン、ステンレス、ガラスまたは磁器等からなる適切な厚さの断熱部材を介在させればよい。
この場合、介在させる断熱部材の形状及びサイズは、これと接触するホーン部材3の接触面のそれと同形、同サイズで、かつ断熱部材、ホーン部材3の各接触面は鏡面に仕上げられ、密着させることが好ましい。このように断熱部材を介在させると、電磁誘導コイル14の熱による超音波発生源への影響を最小限に抑えることができる。
In FIG. 1, when the horn member 3 is formed of a material having excellent heat insulation, such as titanium, stainless steel, glass, porcelain, or a combination thereof, the heat of the tip 7 of the electric iron 1 is an ultrasonic wave generation source. It becomes difficult to exert an influence on the piezoelectric elements 2 and 2, and the thermal influence on the ultrasonic wave can be more reliably eliminated.
Alternatively, a similar effect can be obtained by interposing this type of heat insulating material in a part of the horn member 3 in the axial direction, specifically, at both ends of the horn member 3 or at any position in the axial direction.
Specifically, the horn member 3 is cut perpendicularly to the axis of the horn member 3 at a position closer to the left end face 3a in FIG. 1, for example, at a cut position, for example, titanium, stainless steel, glass or What is necessary is just to interpose the heat insulation member of the appropriate thickness which consists of porcelain etc.
In this case, the shape and size of the heat insulating member to be interposed are the same shape and the same size as the contact surface of the horn member 3 that is in contact therewith, and the contact surfaces of the heat insulating member and the horn member 3 are mirror-finished and adhered. It is preferable. When the heat insulating member is interposed as described above, the influence on the ultrasonic wave generation source due to the heat of the electromagnetic induction coil 14 can be minimized.

また前述した本発明のろう付け方法では、電気ごてを使用した実施形態例のみ示しているが、例えば、リフロー炉にこの発明のろう付け方法を適用することもできる。
また前述したろう付け装置として、誘導加熱方式を採用した電気ごてのみ示したが、例えば、先端部7の内部に通常のヒーターを抱いた電気ごてであってもよいことはいうまでもない。
また前記実施形態例では、溶融状態の半田の温度を電気ごて1の先端部に装着した温度センサー16で直接あるいは間接的に測定した温度を用いて前記溶融状態の半田の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御しているが、これとは別に赤外線温度センサー等を用いて、溶融状態の半田の表面温度を測定して、この温度で冷却工程の時間―温度制御を行うこともできる。
In the brazing method of the present invention described above, only the embodiment using an electric iron is shown, but the brazing method of the present invention can be applied to, for example, a reflow furnace.
Moreover, although only the electric iron which employ | adopted the induction heating system was shown as the brazing apparatus mentioned above, it cannot be overemphasized that the electric iron which hold | maintained the normal heater inside the front-end | tip part 7, for example may be sufficient. .
In the embodiment, the temperature of the molten solder is directly or indirectly measured by the temperature sensor 16 attached to the tip of the electric iron 1, and the cooling process of the molten solder is ultrasonicated. In addition to this, time-temperature control is performed.In addition to this, the surface temperature of the molten solder is measured using an infrared temperature sensor, etc., and the time-temperature control of the cooling process can be performed at this temperature. it can.

さらに、前記実施形態例では、電気ごて1の先端部7として、銅製の本体部12に磁性体である鉄メッキのような被覆層18を施して形成しているが、例えば、厚さが0.1mm以上の鉄製あるいは鉄/ニッケル合金製で、外形が図1、図2に示すように砲弾状で、かつ図1、図2のものとは相違して、その内部が空洞の、いわゆる容器状の部材でこの先端部7を形成しても、電線13を巻いて形成した電磁誘導コイル14により励起され、電気ごてとして必要、十分な発熱をもたらすこともできる。
また、電線13の導体として銅導体の実施形態例のみ示しているが、これをニクロム線で形成することもできる。この場合、自身が発生するジュール熱で電気ごて1の先端部7を常に予熱状態に保持できる利点がある。
Further, in the embodiment, the tip portion 7 of the electric iron 1 is formed by applying a coating layer 18 such as iron plating, which is a magnetic body, to the copper main body portion 12. It is made of iron of 0.1 mm or more or made of iron / nickel alloy, the outer shape is bullet-shaped as shown in FIGS. 1 and 2, and is different from that of FIGS. Even if the tip 7 is formed of a container-like member, it can be excited by the electromagnetic induction coil 14 formed by winding the electric wire 13 and can generate heat necessary and sufficient as an electric iron.
Moreover, although only the embodiment example of a copper conductor is shown as a conductor of the electric wire 13, this can also be formed with a nichrome wire. In this case, there exists an advantage which can always hold | maintain the front-end | tip part 7 of the electric iron 1 in the preheating state with the Joule heat which self generate | occur | produces.

また、前記実施形態例では述べていないが、本発明を、例えば、配線基板とこれに搭載する電子部品の半田付けに適用する場合に、配線基板の周囲を壁材で覆うか、あるいは配線基板上の実際に搭載する電子部品の周囲のみを壁材で覆って作業を行えば、溶融状態のろう材の時間―温度の制御をより迅速に精度よく行うことができ、また同時に冷却範囲が狭くなる分冷却媒体の使用量も少なくて済む、という効果が得られる。   Although not described in the above embodiment, when the present invention is applied to, for example, soldering between a wiring board and an electronic component mounted thereon, the periphery of the wiring board is covered with a wall material, or the wiring board If the work is performed by covering only the periphery of the electronic components actually mounted with a wall material, the time and temperature of the molten brazing material can be controlled more quickly and accurately, and at the same time the cooling range is narrow. As a result, it is possible to reduce the amount of the cooling medium used.

以上に述べたように、本発明によれば、鉛フリー半田を用いても、例えば、配線基板の如き装着物と、これに搭載する電子部品の如き被装着物との間の接合強度が高くでき、しかもその接合強度の経時的変化が少なく、長期的に信頼性の高いろう付け方法及びこのろう付け方法を採用したろう付け装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, even when lead-free solder is used, for example, the bonding strength between a mounted object such as a wiring board and a mounted object such as an electronic component mounted thereon is high. In addition, it is possible to provide a brazing method and a brazing apparatus that employs this brazing method with a long-term reliability with little change in bonding strength over time.

本発明のろう付け装置の一実施形態例を示す電気ごての要部を示す一部断面概略正面図である。It is a partial cross section schematic front view which shows the principal part of the electric iron which shows one embodiment of the brazing apparatus of this invention. 図1に示す電気ごての先端部の一部断面拡大図である。It is a partial cross-section enlarged view of the front-end | tip part of the electric iron shown in FIG. 図1に示す電気ごてを用いて行う溶融状態の鉛フリー半田の冷却工程を超音波を加えながら時間―温度制御するための一実施形態例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment example for time-temperature control of a molten lead-free solder cooling step performed using the electric iron shown in FIG. 1 while applying ultrasonic waves. 任意の鉛フリー半田を用い、かつ図1、図2に示す電気ごてを使用して、しかも超音波を加えながら配線基板に電子部品を接合する場合の時間―温度制御の一実施形態例を示すフローチャートである。One embodiment of time-temperature control when using an arbitrary lead-free solder and using the electric iron shown in FIGS. 1 and 2 and joining an electronic component to a wiring board while applying ultrasonic waves It is a flowchart to show. 任意の鉛フリー半田における最適冷却曲線と自然冷却曲線の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the optimal cooling curve and natural cooling curve in arbitrary lead-free solder.

符号の説明Explanation of symbols

1 電気ごて
2 圧電素子
3 ホーン部材
7 先端部
13 電線
14 電磁誘導コイル
15 冷却媒体吐出口
16 温度センサー
17 本体
18 被覆層
20 メインスイッチ
21 冷却媒体流路
22 冷却媒体送出管
30 制御装置(CPU)
40 ヒーター制御部
50 冷却装置
60 超音波制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric iron 2 Piezoelectric element 3 Horn member 7 Tip part 13 Electric wire 14 Electromagnetic induction coil 15 Cooling medium discharge port 16 Temperature sensor 17 Main body 18 Cover layer 20 Main switch 21 Cooling medium flow path 22 Cooling medium delivery pipe 30 Controller (CPU) )
40 Heater control unit 50 Cooling device 60 Ultrasonic control device

Claims (6)

ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
冷却固化したろう材の結晶粒子の直径を微細化せしめ、
及び/又は、
結晶粒子の直径の分散を均一化せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
Reduce the diameter of the crystal particles of the brazing material that has been cooled and solidified,
And / or
By homogenizing the dispersion of crystal particle diameters,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
冷却固化したろう材中の単位体積当たりの空隙の数を減少せしめ、
及び/又は、
空隙の平均直径を低減せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
Reduce the number of voids per unit volume in the cooled and solidified brazing material,
And / or
By reducing the average diameter of the voids,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
被ろう付け材料表面上における溶融状態のろう材の濡れ特性を改善せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
By improving the wetting properties of the molten brazing material on the surface of the brazing material,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.
ろう材を加熱溶融させた後、被ろう付け材料表面上で、ろう材を冷却固化させるろう付け装置において、
加熱により溶融させたろう材について、
加熱終了後の冷却過程中のろう材が溶融状態にある期間に、
溶融状態にあるろう材に対して超音波を照射することにより、
前記期間に超音波を照射しない場合と比較して、
被ろう付け材料表面と、
溶融状態、及び/又は、冷却固化状態のろう材との界面において、
被ろう付け材料とろう材の合金層を形成せしめることにより、
ろう付けの剥離強度を高くする機能を有することを特徴とするろう付け装置。
In a brazing device that cools and solidifies the brazing material on the surface of the brazing material after the brazing material is heated and melted,
For brazing filler metal melted by heating,
During the period when the brazing filler metal in the cooling process after heating is in a molten state,
By irradiating the brazing filler metal in the molten state with ultrasonic waves,
Compared to the case where no ultrasonic wave is irradiated during the period,
A brazing material surface;
At the interface with the brazing material in the molten state and / or the cooled and solidified state,
By forming an alloy layer of brazing material and brazing material,
A brazing device having a function of increasing the peel strength of brazing.
ろう材が、鉛フリーのロウ材であることを特徴とする、
請求項1乃至6の何れかに記載したろう付け装置。
The brazing material is a lead-free brazing material,
The brazing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
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